為了落實素質教育，我們從2023年新學年開始，在山西省臨汾一中、洪洞中學和山西師範大學實驗中學，進行了《中學生物理思維能力培養的實驗研究》的基礎教育改革實驗，實驗第一階段，於2023年7月結束。現將實驗的做法及其成果報告如下。
一、實驗的步驟和方法
(一)實驗物件的選取
我們利用分層隨機取樣的方法，在省重點中學、地區重點中學和城市一般中學中分別隨機抽取一所，在臨汾一中、洪洞中學、山西師範大學實驗中學各選乙個實驗班和控制班。實驗班與控制班的學生在實驗前學習成績、能力基礎基本相同，通過物理思維能力測量和物理知識考試均無顯著性差異，對物理學習的興趣基本相同。在實驗過程中，使用教材相同，在校上課、自習時間基本相同，家庭環境相差不大，教師的業務能力及教學水平相當。
所不同的是實驗班的作業較少，實驗班的教師應能與實驗者積極配合，按照要求落實實驗措施，而控制班的教師則按照常規的教學方法進行。在實驗過程中，實驗教師系統地學習了《物理思維論》及物理思維能力培養系列輔導材料，每月培訓一次，統一實驗指導思想與具體措施，定期按實驗措施舉辦「物理思維能力培養觀摩課」，經常交流學習體會，不斷改進教學方法和培養措施。
(二)實驗措施的貫徹
我們依據物理思維理論、中學生物理思維能力的結構模型及對中學生物理思維能力發展的研究，參考了已有的培養方案，經集體討論並徵求了專家意見，制訂了中學生物理思維能力培養的5項措施。
1.在物理模型的抽象、物理概念的形成、物理規律的建立、物理問題的解決中教給學生物理思維的基本方法。首先，我們從概念、特點、型別、作用、結構等方面，對物理學中分析與綜合、抽象與概括、比較與分類、歸納與演繹、模擬、等效、臻美等物理思維的基本方法，結合例項進行了深入的分析和研究。
其次，研究了建立物理模型、物理概念、物理規律的思維方法。建立物理模型的思維方法主要有抽象、假說、模擬、臻美四種；建立物理概念的思維方法主要有抽象概括、理論推導、模擬、等效四種；建立物理規律的思維方法主要有實驗歸納、理論分析、提出假說三種。第三，研究了中學生學習物理概念、物理規律中的思維障礙。
我們通過對全國範圍內有研究成果的教學研究人員及中學物理骨幹教師問卷調查的統計分析，結合課題組人員的教學經驗及對實驗班學生的測試，分析出中學生學習主要物理概念和物理規律的思維障礙，並對其進行概括和總結，把這些障礙歸結為感性認識不足、思維方法不當、思維定勢的消極影響和相關知識的干擾四類。第四，提出了指導學生學習物理概念和物理規律的具體措施。在物理概念教學中，運用實驗和列舉生活中的典型事例等方法，使學生獲得必要的感性認識；使學生掌握建立物理概念的思維方法，排除思維障礙；使學生明確物理概念的內涵、外延，運用物理概念解決實際問題；使學生掌握物理概念在物理學科結構中的地位和作用。
在物理規律教學中，使學生了解建立物理規律的事實依據和思維方法，理解物理規律的物理意義、適用條件和範圍，以及與相關知識之間的關係，加強應用物理規律解決實際問題的指導和訓練。第五，對解決物理問題的思維過程、思維方法、思維策略進行了總結和概括，並結合具體問題進行指導和訓練。學生在解決物理問題時一般遵循明確問題、探求解法、實施計畫、檢驗結論、進行小結的思維過程；常用的思維方法有歸納法、演繹法、反證法、窮舉法、模擬法、等效法、近似處理法、疊加法；常用的思維策略有動靜轉化、內外轉化、曲直轉化、常量與變數轉化、無限與有限轉化、順思逆推、以美啟真、數形結合等。
我們結合教學大綱要求，編寫了程式訓練題，有計畫、有步驟地讓學生掌握這些方法和策略。
2.訓練學生的思維品質。我們對物理思維品質進行了理論分析，並找到了中學生物理思維品質差的具體表現，有針對性地對每一種思維品質進行訓練。
深刻性思維品質的訓練方法：(1)加強物理模型、物理概念、物理規律、物理理論的理解和教學；(2)結合具體內容教學，使學生掌握基本的物理思維方法；(3)注意讓學生掌握物理學科的基本結構；(4)加強抽象與概括能力的訓練和培養；(5)注意挖掘物理問題中的隱蔽條件，排除多餘因素的干擾；(6)訓練學生分析問題的全面性和推理的嚴密性。
靈活性思維品質的訓練方法：(1)抓住知識、方法間的「滲透」與「遷移」；(2)引導學生發散式思維、立體思考，培養學生一題多變、一題多解、多題歸一的能力；(3)教給學生靈活選擇研究物件和解決問題的方法，並加以訓練；(4)幫助學生形成物理事物的正確的動態圖景；(5)使學生掌握物理學中的辯證關係。
敏捷性思維品質的訓練方法：(1)使學生掌握物理概念、物理規律之間的關係，掌握物理學科的基本結構，結合物理問題的解決，在大腦中形成合理的「知識組塊」；(2)教給學生一定的提高速度的方法和技巧；(3)通過做作業和測驗等方式，對學生進行速度訓練。
批判性思維品質的訓練方法：(1)在課堂教學中，教師引導學生獨立提出問題、分析問題和解決問題。在習題教學中，主要教給學生分析問題的方法和思路；(2)鼓勵學生對課本和教師對物理世界的描述和解釋提出質疑，發表不同的見解，反覆檢查解決物理問題時所擬定的假設和方案，客觀地分析正、反兩方面的論據，養成不人云亦云、盲目服從的習慣；(3)通過教學與訓練，有效地排除在複雜物理情景中的各種干擾。
獨創性思維品質的訓練方法：(1)提倡「新穎性」，包括問題新穎、思路新穎、方法新穎和結果新穎，指導學生挖掘解題的各種方法，方法越多越好，越獨特越好；(2)狠抓學生自編習題。讓學生根據某一物理規律和理論自編習題，這體現了獨特性、新穎性和發散性(每個學生編的題幾乎都有差異)三種獨創性思維品質的特點；(3)改進實驗教學。
結合課外活動，開設一些研究性的實驗、設計性的實驗及小製作；鼓勵學生獨立設計實驗方案、獨立選擇實驗裝置、獨立組裝實驗儀器、獨立讀取實驗資料和獨立分析實驗結果。
3.指導學生學習。在教學過程中，注意培養學生學會學習的能力。
根據有關學習理論和學習策略，結合物理學科的特點和學生實際，我們加強對學生制訂學習計畫、聽課、做筆記、記憶、複習、總結、分析問題、解決問題等的指導，這對提高學生的思維能力和整體素質起到了很大的作用。
4.加強非智力因素的培養。在實驗過程中，我們主要採取了四項措施：
(1)注意處理好理想、動機、興趣三者之間的關係，激發學習動機，培養學習興趣；(2)培養師生情感；(3)訓練良好的學習習慣；(4)培養克服困難的意志。特別加強了學習興趣和良好習慣的培養。中學生學習物理的興趣有四個層次：
一是直覺興趣，即對豐富多彩的物理現象的自發興趣；二是操作興趣，即通過親手操作獲取物理現象，觀察物理過程的興趣；三是因果興趣，即對**物理現象發生原因的興趣；四是理論興趣，即對把具體的因果認識上公升為能有效地分析物理過程的理論結構，以及運用該結構中的概念規律能動地解決物理問題的興趣。概括起來有兩個方面，一是直接興趣，即對物理事物本身的興趣；二是間接興趣，即對物理事物後果的興趣。我們通過演示實驗、分組實驗、利用現代化的教學手段，喚起學生已有的表象、重視建立物理圖景、展現物理現象和過程等方法，培養學生學習物理的直接興趣，通過聯絡生活實際、社會實際、科技發展實際，幫助學生探求因果關係等方法激發學生學習物理的間接興趣，通過提高教師的業務水平及教學藝術引發學生學習物理的興趣。
形成良好的學習習慣，是培養思維能力的前提。實驗班的教師，根據自己所教學生的年齡特徵，制訂相應的學習要求。一是自覺遵守紀律，以保證學習的順利進行；二是掌握預習、上課、複習、練習等學習環節，學會學習；三是矯正不良的學習習慣。
我們對學生不注意掌握物理概念和物理規律來龍去脈的習慣、做題不總結和反思的習慣、尚未理解知識就做題的習慣、解題不注意選擇研究物件的習慣、記的多思的少的習慣、做題多分析少的習慣、推理不嚴密不周全的習慣等進行了矯正。在實驗中堅持做到：提出要求，執行要求；重複練習，以熟練、自然、自覺為目標；正面引導，積極提供效仿的榜樣；督促檢查，幫助學生克服不良學習習慣。
5.在教學中注意處理好促進學生發展與適應學生年齡特徵之間的關係。我們對實驗學校學生的物理思維能力進行了測量和評價，結論為：
高中生已開始具備初步的物理思維能力，但還不成熟；在思維方法方面，邏輯推理比較成熟，抽象概括最差；在思維的品質方面，靈活性優於深刻性。總的來講，學生的物理思維能力偏低，特別是深刻性思維品質和抽象概括能力。利用問卷調查、座談等方法，發現了在教學指導思想、教師的教法、學生的學法等方面存在的問題，分析了學生學習物理的動機、興趣及一些不良習慣，以此為依據，採取了切實可行的、促進學生思維能力發展的措施。
(三)測試題的編制
根據物理思維理論、中學生物理思維能力的結構模型及對物理思維品質的分析，遵循三維性和完備性兩個原則，經過與骨幹教師座談，我們設計了高中生物理思維能力評價指標體系。在此基礎上對大量的物理習題進行了篩選、改編和自編，請有經驗的專家和任課教師對試題進行反覆審核，並考慮到測驗目的、物件、時間等各種因素，最後確定了35個題目。
經試測，測驗結果近似服從正態分佈，信度為0.81，測驗等級與教師評定等級的相關係數為0.76。
二、實驗結果及討論(一)實驗結果經過三年的實驗，初步取得如下成果。1.實驗班的物理思維能力測試成績高於控制班的成績，且有顯著性差異。
2023年5月，我們利用自編的物理思維能力測試題，對三所實驗學校的實驗班和控制班進行了測試，結果如下。
表1實驗班與控制班的物理思維能力測試成績(滿分100分)比較（略）
2.實驗班的物理成績高於控制班的成績，且有顯著性差異。2023年高考結束後，我們對三所實驗學校的實驗班和控制班的成績進行了統計比較，結果如下。
表2實驗班與控制班的高考物理成績(滿分150分)比較（略）
三所學校的實驗班高考成績的優秀率、良好率、及格率、平均分均居全校第一，臨汾一中實驗班有一位學生物理成績為148分，名列全校第一，130分以上和120分以上的人數都明顯多於控制班。自2023年以來，實驗班每次期中、期末考試的成績均優於控制班，平均分高出5%～10%，優秀率、良好率也比控制班高，且差異逐年增大，最高差10%。
3.實驗班學生的整體素質有了較大發展。除物理思維能力及科學文化素質有明顯的提高外，學生的其他方面也有了一定的發展，即學生的整體素質有了很大提高。
臨汾一中實驗班與控制班的學生都參加了第十三屆全國物理競賽，實驗班有兩名學生獲山西賽區三等獎，控制班無人獲獎。實驗班學生對物理感興趣的人數由原來的33%增加到72%，不良習慣有了較大的改變，學習能力和學習效率有了大幅度的提高，對物理學中的對稱美、和諧美、簡潔美、多樣統一美有了較深入的認識，成為推動學生學習物理的又一強大動力，學生較好地樹立了動靜轉化、內外轉化、常量與變數轉化等辯證唯物主義思想，觀察實驗能力、分析問題、解決問題的能力也有一定的提高。
4.實驗教師的素質有了明顯的提高。經過三年的實驗，實驗教師的業務水平及教學能力有大幅度的提高。
多名教師被評為省教學能手、省勞動模範、省優秀教師。實驗教師教學研究的能力也有了一定的提高，發表了一些有一定參考價值的**。
(二)體會
通過對中學生物理思維能力培養的實驗，我們總結出四條體會。第一，提高教學質量的關鍵在於教師水平的提高。我們在實驗過程中，狠抓教師的培訓，基本上每月培訓一次，同時提供各種輔導材料，經常進行問題討論，大力開展教育科學研究，收到了良好的效果。
第二，思維能力的培養是物理教育中落實素質教育的核心內容。我們以思維能力的培養為核心，同時加大學習方法指導和非智力因素的培養，使學生的素質得到全面的提高。第三，教育實驗必須有科學的理論作指導。
指導我們培養學生物理思維能力的理論主要有兩方面，一是物理思維理論，二是中學生物理思維能力的結構模型。第四，只有在了解學生思維能力發展狀況及存在問題的基礎上，依據科學的理論，才能找到行之有效的培養措施。因此，思維能力培養的實驗研究必須與思維能力發展研究相結合。
物理思維能力的培養研究是物理教育的一項重要任務，本研究只是乙個開端，需要進一步修改和完善，許多問題有待進一步**。第一，本實驗研究所選擇的樣本只是某一地區三所不同型別學校的部分學生，研究結論難免具有一定的侷限性，有待進一步推廣。第二，本實驗研究主要是在高中學生中進行的，對於初中學生是否適用，有待進一步的實驗檢驗。
第三，本實驗研究是在對高
二、高三年級學生的思維能力發展研究的基礎上進行的，至於中學生思維能力發展的動態和年齡特徵有待進一步實驗研究。
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